材料科学与工程前沿生物医用材料
浅谈高分子材料在生物医用领域的发展与应用
浅谈高分子材料在生物医用领域的发展与应用上官勇刚浙江大学高分子科学与工程学系高分子合成与功能构造教育部重点实验室50 年代以来，高分子科学发展的一个重要特征是，在本学科进一步向纵深发展的同时，开始向其他相关学科进行渗透并形成了许多新的学科边缘领域。
高分子生物材料( Polymeric Biomaterials)就是高分子科学与生命科学之间相互渗透而产生的一个重要边缘领域。
生物医用高分子材料是生物高分子材料中最为重要的组成部分，生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的高分子材料。
这类高分子材料的研究有着非常重要的科学意义和实用价值。
随着高分子化学工业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器以及骨生长诱导剂等。
近十年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。
生物医用高分子材料的发展阶段生物医用高分子材料的发展经历了两个阶段。
第一阶段是工业高分子材料在医学中的自发应用，这个阶段开始于1937年工业聚甲基丙烯酸甲酯用于制造假牙的牙床，其特点在于是,所用的材料都是工业上已经投产的现成材料，对于其应用价值，也已进行了一系列基础性的研究。
第二阶段是根据生命科学的需要，在分子水平上设计开发新型的生物医用高分子材料，并且对已经成熟的生物医用高分子材料进行优化。
这个阶段始于1953年医用级有机硅橡胶的出现，之后于1962年又开发出体内可吸收的聚羟基乙酸酯用作缝合线。
60年代中期起又依据心血管材料的要求，开发出多种抗凝血的聚(醚-氨酯)生物材料。
所有这些都标志着高分子生物材料已开始进入一个以分子工程研究为基础的发展时期。
生物医用高分子材料的分类与应用一.惰性生物医用高分子材料1)血液相容性材料(抗血凝性材料)生物医用高分子存在的最大难点在于血凝性。
D07.生物医用材料
17:00-17:15 D07-11 化疗自增敏药物载体递送紫杉醇用于三阴性乳腺癌 MDA-MB-231 细胞的抑制研究 张玲俐，马栋*，薛巍 暨南大学
17:15-17:30 D07-12 同步实现肿瘤放疗增敏和降低辐射副作用的新型纳米粒子 研究 杜江锋 1,2，谷战军 2*，张辉 1 1. 山西医科大学 2. 中国科学院纳米生物效应与安全性实验室
10:05-10:15 茶歇
主持人：郭保林，曹晓东
10:15-10:35 D07-18 (Invited) 快速止血和组织修复多功能水凝胶 郭保林 1*，Ma Peter X.2 1. 西安交通大学前沿院 2. 密歇根大学
10:35-10:50 D07-19 新型水凝胶伤口敷料的研究与应用进展 许林 1，李宏辉 1，许零 1,2 * 1. 厦门大学 2. 厦门凝赋生物科技有限公司
15:30-15:40 茶歇
主持人： 高远，魏炜
15:40-16:00 D07-07 (Invited) 仿生抗肿瘤剂型工程 魏炜*，马光辉 中国科学院过程工程研究所
16:00-16:20 D07-08 (Invited) 肿瘤内原位超分子组装用于靶向药物递送 高远* 国家纳米科学中心
16:20-16:40 D07-09 (Invited) 引入正硅酸乙酯制备的钛基金属有机骨架在药物缓释中的研究 蔡强*，解勇 清华大学
D07-1
11:20-11:35 D07-22 金属元素掺杂氧化铜抗菌剂的制备及性能研究 雷霆、吕依芮 中南大学粉末冶金研究院
11:35-11:50 D07-23 高强度、高愈合性能及粘附性能的自主自愈合水凝胶
材料科学与工程一级学科(080500)
博士研究生培养方案一、课程设置(总学分不低于16学分）2.带※的课程为专业核心课程，本专业博士生必选；3.专业课（至少选学一门外文教材、外语授课课程）≥ 9学分。
直接攻博研究生培养方案一、课程设置（总学分不低于39学分）2.带※的课程为专业核心课程，本专业直博生必选；3.选修课中“自然辩证法概论”和“马克思主义与社会科学方法论”两门课中，至少选修一门。
材料物理化学专业（080501）硕士研究生培养方案2、带※的课程为专业核心课程，必选；3、本专业学生在本培养体系专业课中选课不得低于10学分；4、《自然辩证法概论》和《马克思主义与社会科学方法论》两门课中，至少选修一门。
材料学专业（080502）硕士研究生培养方案2、带※的课程为专业核心课程；3、《自然辩证法概论》和《马克思主义与社会科学方法论》两门课中，至少选修一门。
材料加工工程专业（080503）研究生培养方案3、带※的课程为专业核心课程，必选；3、本专业学生在本培养体系专业课中选课不得低于10学分；4、《自然辩证法概论》和《马克思主义与社会科学方法论》两门课中，至少选修一门。
生物医学工程一级学科（0831）硕士研究生培养方案2、带※的课程为专业核心课程，必选；3、《自然辩证法概论》和《马克思主义与社会科学方法论》两门课中，至少选修一门。
全日制工程硕士材料工程领域（085204）研究生培养方案总学分不低于30学分（公共课为5学分，基础课≥4学分，专业基础课≥4学分，专业课≥8学分，实践教学为8学分，选修课1学分）全日制工程硕士生物医学工程领域（085230）研究生培养方案总学分不低于30学分（公共课为5学分，基础课≥4学分，专业基础课≥4学分，专业课≥8学分，实践教学为8学分，选修课1学分）。
材料学中的新材料研究与发展趋势
材料学中的新材料研究与发展趋势材料科学与工程是一门研究材料制备、性质控制、公差和性能分析的交叉学科。
材料是现代工业和生活不可缺少的基础，因此材料科学与工程是一个重要的领域。
近年来，随着技术的进步和全球资源的日益枯竭，在绿色、环保、可持续发展的背景下出现了新材料。
新材料具有自我修复、智能感性、多功能化等优异性质，成为材料学研究的热点。
本文将就材料学中的新材料研究与发展趋势进行探讨。
一、先进金属材料金属材料一直以来都是我们日常生活中最常见的材料，但是传统的金属材料在应用时总是会存在一些缺陷，如脆性、导电性差等。
钨烯、碲化钥石、稀土超导材料等新金属材料的研究正在进行中。
其中最受关注的是钨烯材料。
钨烯是一种新型的二维纳米材料，具有优异的物理性能和应用前景。
它的强度比钢高200倍，最大的拉伸强度为130 GPa，强度和硬度比金刚石高。
因此，钨烯材料在制备高强度机械部件、电子元器件等方面具有广泛的应用前景。
二、智能材料智能材料是一种具有自我修复、智能感性、多功能化等性质的新型材料，这种材料可以在受到外界刺激的情况下自我调节、自我修复。
智能材料的研究涵盖多个领域，例如：光学、机械、电磁、化学、生物等。
具有这些性质的材料已经在许多领域得到应用。
例如，在医疗领域中，智能材料可以用于制备一种可控释药的药物输送系统。
在建筑领域中，智能材料则可以用于制备一些新型的墙面材料等等。
智能材料的研究正在加速发展，未来会在很多领域都发挥重要作用。
三、纳米材料纳米材料是一种新兴的功能材料，其宏观性质往往表现为非线性、非加性、非统计、量子化和尺寸效应等。
近年来，纳米材料制备技术得到了快速发展，新型纳米材料如纳米管、纳米线、纳米球等被应用于电子、机械、生物等领域。
例如，碳纳米管具有优异的机械性能和导电性能，因此可以用于制备仿生机器人、纳米电子元器件、防弹材料等。
纳米金属颗粒、量子点等新型纳米材料在生物医药领域也有着广泛的应用。
纳米材料研究的发展会带来更多新材料的创造，并广泛应用于现代科学技术之中。
生物医学材料的应用总结
生物医学材料的应用总结生物医学材料的应用总结生物医学材料的应用总结篇一：纳米生物医学材料的应用纳米生物医学材料的应用摘要：纳米材料和纳米技术是八十年代以来兴起的一个崭新的领域,随着研究的深入和技术的发展,纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透,显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。
本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在生物医学领域中的研究进展和应用。
关键字：纳米材料；生物医学；进展；应用1. 前言纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。
所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1~100nm),(2)有大量的界面或自由表面,(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。
由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,包括小尺寸效应和表面或界面效应等,因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,已在许多领域展示出广阔的应用前景,引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。
“纳米材料”的概念是80年代初形成的。
1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。
1987年美国和西德同时报道,成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。
从那时以来,用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种。
人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景,取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。
纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点,是当前国际上的前沿研究课题之一[1]。
2. 纳米陶瓷材料纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于100nm量级的水平[2]。
现代生物材料的核心——交叉融会的生物医学科学与材料科学——生物材料和组织工程学发展的新起点
作者： 周来生
作者机构： 美国波士顿大学生物材料学教授、临床诊断学教授、主任医师、博士生导师／／美国口腔内科学会临床委员会主席
出版物刊名： 科学中国人
页码： 26-26页
主题词： 生物材料学 生物医学工程 组织工程学 人体组织工程 医学治疗 植入 人工器官 核心学科 前沿学科 应用科学
摘要：生物材料学和与其相关的生物医学工程将是二十一世纪的领衔前沿学科之一，是应用科学的核心学科。
现代生物材料的核心是生物医学科学和材料科学的交叉融会，是将分子生物学的理论与技术渗透于材料科学研究的全新挑战。
人体的医学治疗要求也为生物材料的研发引入了人体组织工程学、植入性人工器官、生物感应装置、仿生智能装置、生物医学光子技术等广泛的生物医学工程领域的应用，。
西北工业大学 生物医用材料考试重点内容
（3113）《生物医用材料》
考试内容：
一、总论
生物医学材料的发展及其研究对象；生物医学材料与天然生物材料的区别；生物医学材料的分类与功能；生物医用材料的发展前沿。
二、生物医用高分子材料
生物医用高分子材料的来源与分类：天然医用高分子材料、合成医用高分子材料、医用高分子复合材料；医用高分子材料的一般应用：整形材料与组织修复材料，治疗用材料，检测与诊断用材料；医用高分子材料的性能、结构及与生物体的相互作用：生物医用材料的组织相容性、血液相容性，生物医用的表面处理及提高生物医用材料相容性的方法；生物医用材料的生物安全性评价方法。
三、生物陶瓷材料
生物陶瓷材料的分类：生物惰性陶瓷的组成、结构与性能特点，生物活性陶瓷的结构特点及其在骨修复中的应用；生物陶瓷在药物体系中的应用；生物陶瓷材料的表面改性与活化处理。
四、聚合物组织工程材料
组织工程的原理与技术；组织工程用生物材料分类与特点，组织工程支架的制备方法；骨组织工程用支架材料，骨生物诱导矿化材料；组织工程中的微胶囊技术；支架材料微观结构对细胞行为的影响；组织工程用组织诱导材料。
参考书目：
1．高长有，马列主编，《医用高分子材料》，化学工业出版社，2006。
2．赵长生主编，《生物医用高分子材料》，化学工业出版社，2009。
3．顾忠传等编著，《组织诱导性生物材料国际发展动态》，科学出版社，2010。
4．(美)拉特纳编著，《生物材料科学》(医用材料导论第2版影印版)，清华大学出版社，2006。
生物医学工程纳米材料方向就业
生物医学工程纳米材料方向就业随着科技的不断发展，生物医学工程纳米材料方向成为了热门就业领域之一。
生物医学工程是一门交叉学科，该领域涉及医学、生物学、工程学和材料科学等多个学科的知识，而纳米材料作为一种新型材料，具有独特的物理、化学和生物学特性，因此在生物医学工程领域具有广泛的应用前景。
本文将从生物医学工程纳米材料的特点、应用领域以及就业前景等方面进行详细介绍。
一、生物医学工程纳米材料的特点生物医学工程纳米材料具有以下几个主要特点：1.尺寸小：纳米材料的尺寸在纳米级别，通常指的是直径在1-100纳米的颗粒，因此具有较大比表面积，可以更好地与生物体内的细胞和组织相互作用。
2.物理化学性质独特：纳米材料的物理化学性质与传统材料有所不同，具有许多独特的特性，例如光学、磁性、导电性等，这些特性使其在生物医学工程领域有着广泛的应用。
3.生物相容性好：有些纳米材料具有良好的生物相容性，可以与生物体内的细胞和组织进行良好的相互作用，且不会引起明显的免疫排斥反应。
4.可调控性强：纳米材料可以通过改变其形貌、表面性质、化学成分等来实现对其性质的调控，使其更好地适应于生物医学工程的需求。
二、生物医学工程纳米材料的应用领域生物医学工程纳米材料在医学诊断、治疗和生物学研究等领域具有广泛的应用，其主要应用领域包括：1.肿瘤治疗：纳米材料可以作为载体，将抗肿瘤药物通过纳米技术进行包覆和修饰，以实现对肿瘤细胞的靶向治疗，且能够减轻药物的毒副作用。
2.生物成像：利用纳米材料的光学或磁性特性，可以实现对生物体内的细胞和组织进行高分辨率的成像，为疾病的早期诊断和治疗提供重要的信息。
3.组织工程：纳米材料可以作为生物支架，结合细胞和生物活性物质，用于组织修复和再生，例如骨科植入材料、人工血管等。
4.药物传输：纳米材料可以包裹药物，实现对药物的控制释放和靶向输送，以提高药物的生物利用度和疗效。
5.生物传感器：利用纳米材料的特殊性质，可以制备高灵敏度和高选择性的生物传感器，用于检测生物体内的生物分子和细胞。
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我国生物医用材料市场
➢ 我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达 28％(全 球市场增长率20%),居全球之首。
✓我国人工关节 替换年增长率高达30％，远高于美国的4％。
✓ 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者——需要大量骨修复 材料
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生物相容性
2、宿主反应：材料对活体系统的作用
➢由于材料中的元素、分子或其它降解产物在生理环境下 被释放而进入邻近的生物组织和整个活体系统，也可能是 源于材料制品对组织的机械、电化学或其它刺激作用。
宿主反应包括:局部反应、全身毒性反应、过敏反应、 致畸、致癌、致突反应和适应性反应。
➢两种反应的结果可能导致机体中毒和机体对材 料的排斥。
生物学评价标准 1）美（ASTM）、英、加三国标准：1986年 2）国际标准ISO ：1992 3）中国标准：1997年
评价依据： 1）接触部位：体表、体内组织、骨骼、牙和血液； 2）接触方式：直接、间接 3）接触时间：短暂≦24h,短中期<30天；长期>30天； 4）用途：一般功能、生殖与胚胎及生物降解。
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生物材料分类
按用途分类
➢骨骼－肌肉系统修复和替换材料 ➢软组织材料 ➢心血管系统材料 ➢医用膜材料 ➢组织粘合剂和缝线材料 ➢药物释放载体材料 ➢临床诊断及生物传感器材料 ➢可生物降解吸收材料 ➢齿科材料
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生物医用材料应用实例
北京航空航天大学
典型生物医用材料
➢生物医用金属材料
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生物医用材料
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生物医用材料
颅额面微型钛板
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生物医用材料
➢ 生物医用陶瓷材料
① 生物惰性：植入人体后仍维持自身结构并不引起人体免疫反应。 ② 生物活性：可与人体组织形成结合。 ③ 生物降解：在被被生组织替代后在体内可以降解，化学副产物可通过代谢被分解吸收。
心血管支架
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生物医用材料
α-钛合金
钛合金 的分类
α+ß 钛合金 ß-钛合金
高温性能好 组织稳定 焊接性能好 常温强度低 塑性不够高
综合力学性能好 强度高 焊接性能好 塑性高 中等温度组织不稳定
常温强度好 塑性加工性能好 组织不稳定 冶金工艺复杂
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生物医用材料
Ti6Al4V合金 (TC4)
材料北科京学航与空航工天程大前学沿之生物医用材料
生物医用材料
Biomedical Materials
主要内容
一． 生物医用材料定义及发展 二． 生物相容性与生物医用材料 三． 典型疾病与生物医用材料
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一．生物医用材料定义及发展
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生物材料定义
➢ 生物医用材料（Biomedical Materials） 生物材料（Biomaterials）
多肽、自由基对材料的生物降解作用。
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生物相容性
生物医用材料与生物系统直接结合，会产生两种 反应：材料反应和宿主反应
1、材料反应：活体系统对材料的作用，即材料在生物活体 中的响应。 ➢材料在生理环境中被腐蚀、吸收、降解、磨损、失效等， 从而使材料的功能特性发生改变，理化性质发生退变，最 后导致材料失效。
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发展历史
公元前5000年：古代人就尝试用黄金修复失牙； 公元前3500年，棉花纤维、马鬃作缝合线 1588年，黄金板修复颚骨 1775年，金属固定体内骨折 20世纪30年代：工业生产医用材料； 20世纪中后期：高分子工业推动生物医用材料的发展； 20世纪80年代后期：材料科学与现代生物技术相结合发
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生物相容性
血液相容性 生物相容性
组织相容性
抗血小板血栓形成 抗凝血性 抗溶血性 抗白细胞减少性 抗补体系统亢进性 抗血浆蛋白吸附性 抗细胞因子吸附性
细胞黏附性 无抑制细胞生长性 细胞激活性 抗细胞原生质转化性 抗炎症性 无抗原性 无诱变性 无致癌性 无致畸性
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生物相容性评价
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医用不锈钢
主要合金元素：铬、碳、镍和钛
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生物医用材料
铁素体和马氏体不锈钢
➢适合做医疗器械 ➢不适合植入
不锈钢针头
不锈钢药膏调刀
不锈钢持针钳 北京航空航天大学
生物医用材料
奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢是作 为医用金属植入材 料最重要的钢类， 如：316L不锈钢
（00Cr17Ni14Mo2 ）
➢ 对生物Leabharlann 进行诊断、治疗和置换损坏的组 织、器官或增进其功能的材料。
俞耀庭，张兴栋，《生物医用材料》，2001
*生物材料可以是人造的，也可以是天然的 或者是它们相结合的功能材料
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➢人体中已经商业化的生物医用材料器件
Intraocular lenses 人工晶体： 硅凝胶\PMMA
髋关节：钛合金
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生物相容性评价－中国国家标准
国家标准GB/T16886 系列医疗器械生物 学评价标准中表面 器械部分。
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生物材料分类
按材料组成和 性质
➢医用金属材料 ➢医用高分子材料 ➢生物陶瓷材料 ➢生物医学复合材料
按材料在生理 环境中的生物 化学反应水平
➢近惰性生物医学材料 ➢生物活性医学材料 ➢可生物降解和吸收材料
Al ：Al是唯一α稳定元素，同时是最主要的强化元素， 固溶强化作用显著。随Al量的增加，合金的强度提高， 而塑性无明显降低，当Al的质量分数超过7%后，由于 组织中出现脆性的Ti3Al化合物，使塑性显著降低，故 其质量分数不超过7%
V： 钒与 ß钛属于同晶元素，具有ß稳定化作用。钒在 ß钛中无限固溶， 而在α-Ti中也有一定的固溶度。钒具 有显著的固溶强化作用，提高合金强度同时，能保持良 好的塑性，还能提高钛合金的热稳定性。
✓2000万心血管病患者——每年需要24万套人工心瓣膜 ✓肾衰患者——每年需要12万个肾透析器
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二、生物相容性与生物医用材料
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生物相容性
➢ 生物相容性：生物医用材料与人体之间相互 作用产生各种复杂的生物、物理和化学反应 的一种概念。
引起生物材料变化的因素： 1）生理活动中骨骼、关节、肌肉的力学性动态运动； 2）细胞生物电、磁场、电解和氧化作用； 3）新陈代谢过程中的生物化学和酶催化反应； 4）细胞黏附和吞噬作用。 5）体液中的各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、